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Eletrônica Básica
Aula06: Circuitos com Diodos - Grampeadores - Multiplicadores
Bibliografia: Microeletrônica - Vol.1 Sedra e Smith e Eletrônica Vol 1 - Malvino

Grampeadores de Tensão

São circuitos que adicionam um nível CC (positivo ou negativo) a uma tensão alternada. A figura 1 mostra um grampeador positivo.

 No circuito da figura 1a, no semiciclo negativo de Ve o diodo conduz e o capacitor se carrega com o valor de pico da tensão de entrada menos a queda de tensão no diodo. No semiciclo positivo o diodo estará cortado e  a tensão de saída será igual a Vc+Ve, isto é, o valor máximo  da saída será  2.Vp-0,6 e o mínimo será -0,6V.

( a ) ( b )

Figura 1: Circuito grampeador  positivo

A figura 2 mostra a forma de onda da tensão de saída do circuito da figura 1.

Figura 2: grampeador positivo forma de onda

Se o diodo for invertido o grampeador será negativo e a forma de onda será negativa (deslocada para baixo).

Como vimos, basicamente o circuito adiciona um nivel CC ao sinal (não precisa ser senoidal). Uma aplicação é restaurar o nivel CC de um sinal pois se o mesmo precisou passar atraves de um capacitor de acoplamento esse sinal CC desaparece, então para restaurar o nivel CC original o sinal é aplicado a um grampeador.

Experiência 7: Grampeador de Tensão 

1) Abra o arquivo (open the file)  EXP07.CIR   e  identifique os circuitos da figura 3. Execute uma analise transiente  e anote as formas de onda nas saídas(Vs1, Vs2 e Vs3) dos circuitos. Use a chave  para mudar a configuração do circuito.

2) Experimente mudar os valores das tensões, bem como as polaridades.


Figura 3: Circuitos usados no experimento 7

3) Escreva as suas conclusões:

 

Obs: Se aparecer a mensagem "Missing Model statement", basta dar duplo clique no diodo e escolher um dos diodos da lista (1N4001).

 

Multiplicadores de Tensão

São circuitos que permitem que se obtenha altíssimas tensões continuas a partir de tensões senoidais de valor baixo. São usados, principalmente em circuito de MAT (tensão muito alta) em TVs.  A célula básica são os dobradores de tensão, a partir dos quais, com a adição de células basicas será possivel obter triplicadores, quaduplicadores, etc.

Dobrador de Tensão

São circuitos usados para obter grandes valores de tensões CC. No circuito da figura 4, no semiciclo negativo o primeiro capacitor (C1)se carregará com o valor de pico da tensão de entrada, e com a polaridade indicada. Conduz D1 e D2 estará cortado. No proximo semiciclo positivo D1 estará cortado  e D2 conduz C2 se carregará com aproximadamente 2.Vp.

 

( a )

( b )

Figura 4: Dobrador de tensão  ( a ) carga de C1 durante semiciclo negativo ( b ) carga de C2 durante o semiciclo positivo

 

Adicionando-se mais um diodo e mais um capacitor ao circuito da figura 4 teremos o triplicador.  A primeira secção (C1, D1, C2, D2) consiste do duplicador visto e a segunda secção o triplicador.

No semiciclo negativo da tensão de entrada da conduzem os diodos D1 e D3  fazendo os capacitores C1 e C3 se carregarem até aproximadamente Vp . N

                        

( a ) ( b ) ( c )

Figura 5: ( a ) Circuito triplicador de tensão  ( b ) Carga no primeiro ciclo  negativo ( c ) Carga no semiciclo positivo seguinte

1) Abra o arquivo (open the file)   EXP08.CIR e identifique o circuito da figura 4. Estime o valor da tensão na saída, Vs. Execute uma analise transiente e anote as formas de onda na saída e  no diodo D1.

Vs(Calculado)=_______________   Vs(Medido)=___________ 


Obs: Se aparecer a mensagem "Missing Model statement", basta dar duplo clique no diodo e escolher um dos diodos da lista (1N4001).

2) Abra o arquivo (open the file)   EXP08b.CIR e identifique o circuito da figura 5. Estime o valor da tensão na saída, Vs2. Execute uma analise transiente e anote as formas de onda na saída e  no diodo C2.

              

Diodos de Propósito Especifico

Diodo Emissor de Luz (LED)

São dispositivos que possuem uma junção PN, mas são construídos com uma grande variedade  de diferentes  materiais, desta forma a queda de tensão é diferente dos diodos retificadores, variando de 1,5V a 2V em função da cor emitida a qual pode ser vermelho, amarelo, azul, verde ou infravermelho (IR). Tipicamente consomem aproximadamente 20mA, necessitando de uma resistencia em serie para limitar a corrente em um valor aceitável.

       
( a )                                                                            ( b )
Figura 6: Diodo Emissor de Luz ( a ) circuito ( b ) aspecto físico

Exercício Resolvido

 

Calcule qual deve ser o valor de R para acender o LED sabendo-se que a corrente deve ser 10mA e a  queda de tensão no LED é 2V.

 

Solução:  \considerando uma queda de tensão de 2V no LED, sobram 20V na resistência e como a corrente no LED deve ser 10mA o valor de  deverá ser igual a:

 

R= 20V/10mA =2k

Experiência 8.1:  LED - Diodo Emissor de Luz

1) Abra  o arquivo ( open the file)  EXP08_1_1  e identifique os circuitos da Figura 7. Execute uma analise Dynamic DC e verifique o funcionamento acionando as chaves CH1 e CH2.


Figura 7: Circuitos com LEDs

Fotodiodo

Um fotodiodo funcionário ao contrario de um LED, isto é, tem uma abertura através da qual radiação, em geral infravermelha (IR – Infra Red – Infra vermelha) incide gerando uma corrente que será proporcional à intensidade da radiação. Portanto um fotodiodo é essencialmente um fotodetector convertendo intensidade luminosa em corrente ou tensão.  Ao contrario dos LEDs, que funcionam com polarização direta, um fotodiodo é polarizado reversamente. A Figura  8a mostra o circuito com um fotodiodo e a Figura 8b a curva de resposta espectral. Pode-se verificar que a resposta, em A/W, varia com a freqüência (comprimento da radiação), sendo máxima ao redor de 950nm.


( a )                                                        ( b )
Figura 8:  Fotodiodo ( a ) Circuito e polarização (m b )  curva de resposta espectral relativa

            

A corrente no diodo:   ID= IS + IL

Onde IS  é a corrente reversa de saturação cujo valor so depende da temperatura, é também chamada de corrente no escuro

IL é a corrente devido à incidência de radiação.

Circuitos Lógicos com Diodos

Uma aplicação de diodos é na construção de um circuito que executa uma função lógica. Circuitos lógicos tem entradas e uma saída que respondem de acordo com uma lógica existente entre as entradas (variáveis de entrada) e a saída (variável de saída) que são do tipo booleana,isto é, so podem assumir dois valores.  Em um circuito lógico as variáveis somente assumem dois valores de tensão VCC (ou próximo de VCC), que está associado ao símbolo “1” e 0V (ou próximo de zero), associado a “0”.

No circuito da Figura  9 através de uma analise de circuito pode-se concluir que  se qualquer chave (A,B) estiver aberta a entrada (catodo do diodo) correspondente estará em nível alto (12V) e se estiver fechada a entrada estará em nível baixo (0V). Da mesma forma a saída S pode assumir dois valores 12V ou 0,7V (se o diodo correspondente estiver conduzindo). Existem 4 combinações para as entradas e que estão representadas na tabela da Figura 9.

A

B

S

0 (chave fechada)

0 (chave fechada)

0(Baixa )

0 (chave fechada)

1 (chave aberta)

0(Baixa )

1 (chave aberta)

0 (chave fechada)

0(Baixa )

1 (chave aberta)

1 (chave aberta)

1 (Alta)

 

 

( a ) ( b )
Figura 9:  Lógica  E com diodos

A lógica executada pelo circuito é: “ a saída será alta se a chave A  E a chave B estiverem abertas”.

A relação entre as variáveis de entrada (A, B) e a saída (S) é dada pela  função E que é representada por:

   S=A.B, lemos: “ S é igual a A E B”,  mas por semelhanças com a operação produto também lemos: “ S igual a A vezes B”.

Outra lógica executada por diodos é a lógica OU, representada por:

 

A

B

S

0 (chave fechada)

0 (chave fechada)

0(Baixa )

0 (chave fechada)

1 (chave aberta)

0(Alta )

1 (chave aberta)

0 (chave fechada)

0(Alta )

1 (chave aberta)

1 (chave aberta)

1 (Alta)

 

( a ) ( b )
Figura 10:  Lógica  E com diodos

S=A+B e lemos: “S é igual a A OU B”, mas por semelhança com a operação soma também lemos: “  S igual a A mais B”. O circuito da Figura 11a executa essa operação, e a Figura 11b mostra a tabela verdade 

Experiência 8.2:  Circuito Logico com Diodo

1) Abra o arquivo  EXP8_2_1 e identifique o circuito da Figura 9 (porta E).  Execute uma analise Dynamic DC e preencha a tabela verdade do circuito para cada uma das combinações.

Selecione somente "Node Voltage" para medir as tensões nos nós. "1"=12V     "0"=0,7V ou menos

Tabela 1:  Tabela  da Verdade - porta E

A

B

S (valor da tensão)

0 (chave fechada)

0 (chave fechada)

 

0 (chave fechada)

1 (chave aberta)

 

1 (chave aberta)

0 (chave fechada)

 

1 (chave aberta)

1 (chave aberta)

 

2) Abra o arquivo  EXP8_2_2 e identifique o circuito da Figura 10 (porta OU).  Execute uma analise Dynamic DC e preencha a tabela verdade do circuito para cada uma das combinações.

Tabela 2:  Tabela  da Verdade - porta OU

A

B

S (valor da tensão)

0 (chave fechada)

0 (chave fechada)

 

0 (chave fechada)

1 (chave aberta)

 

1 (chave aberta)

0 (chave fechada)

 

1 (chave aberta)

1 (chave aberta)

 

3) Escreva as suas conclusões.

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